專利名稱：一種縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微帶天線，具體涉及的是一種縫隙饋電的高隔離雙極化微帶 天線。
背景技術(shù)：
近年來，無線通信技術(shù)得到了快速發(fā)展，各種無線通信體制不斷涌現(xiàn)，無線電頻譜 越來越擁擠，為充分利用頻譜資源，雙極化天線受到了廣泛的重視。同時，在MIMO通信系統(tǒng) 中，使用雙極化天線具有在小尺寸內(nèi)實現(xiàn)2 X 2的MIMO信道、增加MIMO信道間的獨立性、獲 得最高的極化分集增益、提高數(shù)據(jù)率和減低誤碼率的優(yōu)點，因此雙極化天線成為高速數(shù)據(jù) 通信系統(tǒng)中一種重要的天線技術(shù)。不論是用雙極化天線提高頻譜利用率還是改善MIMO信 道質(zhì)量，都需要有高的極化隔離度，因此如何提高極化隔離度成為雙極化天線的重要研究 內(nèi)容之一。目前已有的提高雙極化微帶天線隔離度的技術(shù)主要有對稱十字縫饋電、T形縫饋 電、探針/邊緣混合饋電等，但這些技術(shù)通常只能獲得大約-35 -40dB的隔離，很難獲得 更高的隔離。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種能提高兩正交極化場之 間隔離度的縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線，既可單獨作為雙極化天線使用，也可用于 構(gòu)成圓極化天線，或作為基本輻射單元構(gòu)成雙極化天線系統(tǒng)，具有廣泛的適用性和靈活性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)本發(fā)明包括第一層介質(zhì)板和設(shè)置在第一層介質(zhì)板下方的第二層介質(zhì)板及第三層 介質(zhì)板，第一層介質(zhì)板的下表面設(shè)有輻射貼片，第二層介質(zhì)板和第三層介質(zhì)板通過公共金 屬層固聯(lián)為一體，公共金屬層作為第一饋電結(jié)構(gòu)和第二饋電結(jié)構(gòu)的公共地面，公共金屬層 上設(shè)有十字縫，十字縫包括水平縫隙及垂直縫隙，十字縫的中心斷開，形成準(zhǔn)十字形縫，第 二層介質(zhì)板的上表面及第三層介質(zhì)板的下表面設(shè)有第一饋電結(jié)構(gòu)及第二饋電結(jié)構(gòu)，第一饋 電結(jié)構(gòu)及第二饋電結(jié)構(gòu)在公共金屬層上投影的對稱軸分別與水平縫隙長度方向的對稱軸 及垂直縫隙長度方向的對稱軸相重合。從而提高了天線輻射場的極化純度以及能夠極大地 提高兩個正交極化場之間的隔離度。上述第一饋電結(jié)構(gòu)包括第一饋電端口和通過第一分支分出的兩條對稱的第一微 帶線及第二微帶線；第二饋電結(jié)構(gòu)包括第二饋電端口和通過第二分支分出的兩條對稱的第 三微帶線及第四微帶線；第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線及第四微帶線的末端分別呈 “C”形，且在公共金屬層上投影的開口方向朝向準(zhǔn)十字形縫的中心，使饋電結(jié)構(gòu)的其它部 分盡量遠離輻射貼片的輻射邊，減小了輻射貼片上一個極化場分量與激勵另一個極化場的 饋電結(jié)構(gòu)之間的耦合，進一步提高了兩正交極化場之間的隔離度。上述輻射貼片位于準(zhǔn)十字縫的正上方。
上述的輻射貼片為方形。上述輻射貼片、第一饋電結(jié)構(gòu)、第二饋電結(jié)構(gòu)和公共金屬層上的準(zhǔn)十字縫分別通 過敷銅印刷工藝(PCB工藝)制成。本發(fā)明與現(xiàn)有的中心相連的十字縫相比，激勵一個極化場的縫隙被分成兩個不相 連的縫隙，提高了由縫隙激勵起的輻射貼片上的極化電流線性度，從而提高了天線輻射場 的極化純度，同時，斷開的十字縫降低了兩個正交極化場在十字中心相連處的耦合，因此， 以本發(fā)明的方法激勵起兩正交極化輻射電場時，能極大地提高兩個正交極化電場之間隔離 度，在工作頻帶頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)了大于50dB的隔離度；與現(xiàn)有的T形縫激勵起的雙極化天 線相比，由于本發(fā)明具有對稱的饋電結(jié)構(gòu)，因此可以獲得很高的極化隔離度，與兩種不同饋 電方式實現(xiàn)的組合饋電方法相比，如邊饋加探針饋的方法，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn) 的優(yōu)點，且組合饋電的方法雖能通過減小饋電結(jié)構(gòu)之間的耦合改善隔離度，但這些方法激 勵起的輻射貼片上的電流線性度達不到本發(fā)明方案所能達到的電流線性度水平，故仍不能 達到本發(fā)明所達到的隔離度；本發(fā)明饋電結(jié)構(gòu)與縫隙交疊處附近，也就是在饋電結(jié)構(gòu)激勵 縫隙處的附近，本發(fā)明的饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計成“C”形，使位于輻射貼片下方的饋電結(jié)構(gòu)的其它 部分盡量遠離輻射貼片的輻射邊，減小了輻射貼片上一個極化場分量與激勵另一個極化場 的饋電結(jié)構(gòu)之間的耦合，進一步提高了兩正交極化場之間的隔離度；且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易 于制造，由于極化純度高，使得輻射效率較一般天線的高，因而有較高的單元增益，實測天 線單元增益的典型值大于9dBi，特別適合在無線通信系統(tǒng)中使用，既可單獨作為雙極化天 線使用，也可用于構(gòu)成圓極化天線，或作為基本輻射單元構(gòu)成雙極化天線系統(tǒng)，具有廣泛的 適用性和靈活性。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
來詳細說明本發(fā)明；圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為本發(fā)明的展開圖；圖4是本發(fā)明饋電端口反射損耗測試結(jié)果；圖5是本發(fā)明饋電端口隔離的仿真與測試結(jié)果；圖6是本發(fā)明的輻射方向圖的測試結(jié)果。
具體實施例方式為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式
，進一步闡述本發(fā)明。參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明包括第一層介質(zhì)板1、第二層介質(zhì)板2和第三層介質(zhì) 板3，且第一層介質(zhì)板1的介電常數(shù)為2. 65，厚度為1毫米，第二層介質(zhì)板2和第三層介質(zhì) 板3的介電常數(shù)均為2. 2，厚度均為0. 508毫米。第二層介質(zhì)板2通過公共金屬層7將第 三層介質(zhì)板3與第二層介質(zhì)板2緊密地貼合在一起，第一層介質(zhì)板1在第二層介質(zhì)板2上 方高度為H處，在第一層介質(zhì)板1上用單層敷銅印刷形成方形的輻射貼片4，在公共金屬層 7上開有十字縫，包括水平縫隙和垂直縫隙，其中水平縫隙包括第三縫隙73和第四縫隙74，垂直縫隙包括第一縫隙71和第二縫隙72，四條縫隙在中心處不相交，即形成準(zhǔn)十字形縫， 準(zhǔn)十字形縫也用單層敷銅印刷形成，輻射貼片4位于準(zhǔn)十字形縫的正上方。本發(fā)明將激勵一個極化場的縫隙分成兩個不相連的縫隙，兩個縫隙的激勵提高了 由一個縫隙激勵起的輻射貼片4上的極化電流線性度，從而提高了天線輻射場的極化純 度，同時，斷開的十字縫降低了十字中心相連處兩正交極化電場之間的耦合，因此，以本發(fā) 明的方法激勵起的兩正交極化電場之間的隔離度可以大大地提高，在工作頻率范圍內(nèi)實現(xiàn) 了隔離大于50dB的隔離度。在第二層介質(zhì)板2的上表面用敷銅印刷的方法形成第一饋電結(jié)構(gòu)5，第一饋電結(jié) 構(gòu)5包括第一饋電端口 51和通過T形第一分支5t分出的兩條對稱的第一微帶線5a和第 二微帶線5b ；在第三層介質(zhì)板3的下表面用敷銅印刷的方法形成第二饋電結(jié)構(gòu)6，第二饋電 結(jié)構(gòu)6包括第二饋電端口 61和通過T形第二分支6t分出的兩條對稱的第三微帶線6a和 第四微帶線6b，公共金屬層7作為第一饋電結(jié)構(gòu)5和第二饋電結(jié)構(gòu)6的公共地面。并且第 一饋電結(jié)構(gòu)5在公共金屬層7上投影的對稱軸與第三縫隙73及第四縫隙74的長度方向的 對稱軸相重合，第二饋電結(jié)構(gòu)6在公共金屬層7上投影的對稱軸與第一縫隙71及第二縫隙 72的長度方向的對稱軸相重合。本發(fā)明具有對稱的饋電結(jié)構(gòu)，因此可以獲得很高的極化隔離度。與兩種不同饋電 方式實現(xiàn)的組合饋電方法相比，如邊饋加探針饋的方法相比，本發(fā)明的方法具有結(jié)構(gòu)簡單， 易于實現(xiàn)的優(yōu)點，且組合饋電的方法雖能通過減小饋電結(jié)構(gòu)之間的耦合改善隔離度，但激 勵起的輻射貼片4上的電流線性度達不到本發(fā)明方案所能達到的極化電流線性度水平，故 仍不能達到本發(fā)明所達到的隔離度。第一微帶線5a、第二微帶線5b、第三微帶線6a及第四微帶線6b的末端即在饋電 結(jié)構(gòu)激勵縫隙處的附近分別呈“C”形，且在公共金屬層7上投影的開口方向朝向準(zhǔn)十字形 縫的中心。末端做成“C”形，使得不在縫隙附近的饋電結(jié)構(gòu)的其它部分遠離輻射貼片4的 輻射邊緣，減小了輻射貼片4上一個極化場分量與激勵另一個極化場的饋電結(jié)構(gòu)之間的耦 合，進一步提高了兩極化之間的隔離度。由第一饋電端口 51激勵，經(jīng)T形第一分支5t分成兩路后分別激勵開于公共金屬 層7上的第一縫隙71和第二縫隙72，激勵起天線的一個工作極化場，使得第一微帶線5a和 第二微帶線5b的饋電能量通過公共金屬層7上的第一縫隙71和第二縫隙72以電磁波形 式傳遞到第一層介質(zhì)板1上的輻射貼片4上；由第二饋電端口 61激勵，經(jīng)T形第二分支6t 分成兩路后分別激勵開于公共金屬層7上的第三縫隙73和第四縫隙74，激勵起與前一個工 作極化場正交的另一個工作極化場，使得第三微帶線6a和第四微帶線6b的饋電能量通過 公共金屬層7上的第三縫隙73和第四縫隙74以電磁波形式傳遞到第一層介質(zhì)板1上的輻 射貼片4上。本實施例中，用本發(fā)明的方法設(shè)計了雙極化天線，所設(shè)計的天線工作于3. 4 3. 6GHz，并按設(shè)計結(jié)果實際制作了一個天線。經(jīng)實際測試，得出天線的兩個饋電端口的輸入 端反射損耗Sll、S22在3. 3 3. 8GHz頻率范圍內(nèi)小于_10dB，如圖4所示，對應(yīng)的輸入電 壓駐波比VSWR < 2的相對工作帶寬> 14%。在3 4GHz頻率范圍內(nèi)，天線的兩個正交極 化的饋電端口處測得的隔離(S21)達到了-50dB以下(隔離度>50dB)，如圖5所示。在所 需要的工作頻率3. 4 3. 6GHz頻帶范圍內(nèi)，實測的天線增益為8. 98 9. 32dB,圖6為實測的實施例天線兩個極化的E面、H面輻射方向圖。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線，包括第一層介質(zhì)板(1)和設(shè)置在第一層介質(zhì)板(1)下方的第二層介質(zhì)板(2)及第三層介質(zhì)板(3)，所述第一層介質(zhì)板(1)的下表面設(shè)有輻射貼片(4)，所述第二層介質(zhì)板(2)和第三層介質(zhì)板(3)通過公共金屬層(7)固聯(lián)為一體，所述公共金屬層(7)上設(shè)有十字縫，所述十字縫包括水平縫隙及垂直縫隙，其特征在于，所述十字縫的中心斷開，形成準(zhǔn)十字形縫，所述第二層介質(zhì)板(2)的上表面及第三層介質(zhì)板(3)的下表面設(shè)有第一饋電結(jié)構(gòu)(5)及第二饋電結(jié)構(gòu)(6)，所述第一饋電結(jié)構(gòu)(5)及第二饋電結(jié)構(gòu)(6)在公共金屬層(7)上投影的對稱軸分別與水平縫隙長度方向的對稱軸及垂直縫隙長度方向的對稱軸相重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線，其特征在于，所述第一 饋電結(jié)構(gòu)(5)包括第一饋電端口(51)和通過第一分支(5t)分出的兩條對稱的第一微帶線 (5a)及第二微帶線(5b)；所述第二饋電結(jié)構(gòu)(6)包括第二饋電端口(61)和通過第二分支 (6t)分出的兩條對稱的第三微帶線(6a)及第四微帶線(6b)；所述第一微帶線(5a)、第二 微帶線(5b)、第三微帶線(6a)及第四微帶線(6b)的末端分別呈“C”形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線，其特征在于，所述輻射 貼片(4)位于準(zhǔn)十字形縫的正上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線，其特征在 于，所述的輻射貼片(4)為方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線，其特征在于，所述輻射 貼片(4)、第一饋電結(jié)構(gòu)(5)、第二饋電結(jié)構(gòu)(6)和準(zhǔn)十字形縫均通過敷銅印刷工藝制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縫隙饋電的高隔離雙極化微帶天線，包括第一層介質(zhì)板和設(shè)置在第一層介質(zhì)板下方的第二層介質(zhì)板及第三層介質(zhì)板，所述第一層介質(zhì)板的下表面設(shè)有輻射貼片，所述第二層介質(zhì)板和第三層介質(zhì)板通過公共金屬層固聯(lián)為一體，所述公共金屬層上設(shè)有準(zhǔn)十字形縫，所述第二層介質(zhì)板的上表面及第三層介質(zhì)板的下表面設(shè)有第一饋電結(jié)構(gòu)及第二饋電結(jié)構(gòu)，所述第一饋電結(jié)構(gòu)及第二饋電結(jié)構(gòu)在公共金屬層上投影的對稱軸分別與水平縫隙長度方向的對稱軸及垂直縫隙長度方向的對稱軸相重合。本發(fā)明的雙極化天線能極大地提高雙極化天線兩正交極化場之間的隔離度，具有廣泛的適用性和靈活性。
文檔編號H01Q13/08GK101950859SQ201010509758
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者盧杰, 張念祖, 朱曉維, 洪偉, 蒯振起 申請人:東南大學(xué)